Інженери провели низку експериментів, аби розібратися, що відбувається з небесними каменями під час зіткнення на великій швидкості. Це допомогло їм зрозуміти еволюцію астероїдів і те, наскільки вони небезпечні для Землі.
Експерименти з гранульованими матеріалами
Інженери з Університету Джонса Гопкінса виявили нові подробиці про те, як поводяться гранульовані матеріали, такі як пісок і гірські породи, під час екстремальних зіткнень — відкриття, яке може колись допомогти захистити Землю від небезпечних астероїдів.
Використовуючи нові експериментальні методи й провідні комп’ютерні симуляції, команда виявила, що ці матеріали можуть поводитися несподівано під час зіткнення на високих швидкостях, і це відкриття кидає виклик традиційним моделям. Їхня робота опублікована в Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
«Наше дослідження показує, що різні частини матеріалу і навіть різні піщинки можуть поводитися дуже по-різному під час одного і того ж удару, — сказав керівник групи Раян Херлі, доцент кафедри машинобудування в Інженерній школі Вайтінга Університету Джона Гопкінса і науковий співробітник Інституту екстремальних матеріалів Гопкінса (HEMI). — Те, що ми виявили, має потенціал для застосування в різних сферах — від відхилення астероїдів до промислових процесів, таких як виробництво планшетів».
Команда вистрілювала снарядами з газової гармати зі швидкістю до 2 км/с у гранульовані зразки, виготовлені з алюмінію та содово-вапняного скла, і спостерігала за поведінкою зразків у перші кілька мікросекунд після удару. Хоча подібні експерименти зазвичай проводяться на місці в HEMI в кампусі JHU у Балтиморі, цей експеримент був проведений в Advanced Photon Source (APS) в Чикаго, оскільки він вимагав використання спеціальних рентгенівських установок для візуалізації удару.
Сутність та результати експериментів
«Якщо ви підете на пляж, то побачите лише пісок на поверхні, але рентгенівський знімок може показати, що відбувається під ним, — сказав Соханджит Гош, аспірант кафедри машинобудування і провідний автор статті. — Ми поєднуємо рентгенівські знімки з розробленими нами числовими моделями, й це перетворює двовимірне рентгенівське зображення на тривимірний процес, який дає нам повну картину того, що відбувається, як у часі, так і в просторі».
Дослідники виявили, що, на додаток до інших хімічних реакцій, тепло, створене інтенсивним стисненням, призводить до руйнування, плавлення та повторної консолідації зерен. Було виявлено, що зерна по-різному взаємодіють одне з одним за різних швидкостей удару. При збільшенні швидкості передається так багато теплової енергії, що зерна фактично плавляться, а потім реформуються.
Команда помітила, що різні металеві матеріали демонструють різні способи розсіювання енергії під час високошвидкісних ударів. Такі матеріали, як алюміній, поглинають енергію шляхом утворення дефектів і пластичності, тоді як крихкі матеріали, такі як содово-вапняне скло, розсіюють енергію шляхом руйнування і фрагментації.
Значення експериментів для майбутніх місій
Дослідники кажуть, що ці висновки можуть стати основою для майбутніх місій, на кшталт DART 2022 року, яка вдарила астероїд, змінивши його траєкторію.
«Всі астероїди мають зверху шар піску, який називається реголітом, і коли ви стріляєте в них, саме реголіт розсіює більшу частину енергії удару, — каже Гош. — Ми можемо зробити висновок з поєднання такого моделювання та експериментів, як поводитимуться різні матеріали в різних середовищах та умовах удару».
За словами Гоша, хоча планування експерименту тривало кілька місяців, власне фізичний досвід завершився буквально в одну мить.
«Часові межі експериментів дуже короткі — кілька сотень наносекунд, — сказав він. — Ми готуємо весь експеримент протягом місяця, а потім він завершується за кілька мікросекунд».
За матеріалами phys.org
